JP2000323694A - 赤外線イメージセンサ - Google Patents
赤外線イメージセンサInfo
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- JP2000323694A JP2000323694A JP11131620A JP13162099A JP2000323694A JP 2000323694 A JP2000323694 A JP 2000323694A JP 11131620 A JP11131620 A JP 11131620A JP 13162099 A JP13162099 A JP 13162099A JP 2000323694 A JP2000323694 A JP 2000323694A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 赤外線イメージセンサに関し、簡単な構成で
暗電流の高精度な補正が可能な赤外線イメージセンサを
提供することを目的とする。 【解決手段】 多重量子井戸層内での電子のサブバンド
間遷移を利用して赤外線の強度を検出する複数の画素が
列状あるいは面状に配置された赤外線イメージセンサに
おいて、垂直に入射した赤外線を斜め方向に変換する光
結合構造６が形成されている第１の画素１と、光結合構
造６が形成されていない第２の画素２が混在して配置さ
れ、第１の画素１と第２の画素２に流れる電流の差を検
出するように構成する。
暗電流の高精度な補正が可能な赤外線イメージセンサを
提供することを目的とする。 【解決手段】 多重量子井戸層内での電子のサブバンド
間遷移を利用して赤外線の強度を検出する複数の画素が
列状あるいは面状に配置された赤外線イメージセンサに
おいて、垂直に入射した赤外線を斜め方向に変換する光
結合構造６が形成されている第１の画素１と、光結合構
造６が形成されていない第２の画素２が混在して配置さ
れ、第１の画素１と第２の画素２に流れる電流の差を検
出するように構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は赤外線イメージセン
サに関し、特に、多重量子井戸層内での電子のサブバン
ド間遷移を利用して赤外線の強度を検出する赤外線イメ
ージセンサに関する。
サに関し、特に、多重量子井戸層内での電子のサブバン
ド間遷移を利用して赤外線の強度を検出する赤外線イメ
ージセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】図10は多重量子井戸層を有する多数の画
素が配置された赤外線イメージセンサの従来の構成を示
した断面図である。同図において、１は画素、３は下部
コンタクト層、４は多重量子井戸層、５は上部コンタク
ト層、６は光結合構造、７、８はオーミック電極であ
る。
素が配置された赤外線イメージセンサの従来の構成を示
した断面図である。同図において、１は画素、３は下部
コンタクト層、４は多重量子井戸層、５は上部コンタク
ト層、６は光結合構造、７、８はオーミック電極であ
る。
【０００３】下部コンタクト層３は膜厚1,000 nm、不純
物濃度５×１０17cm-3のｎ−GaAsから成り各画素に対し
て共通に形成される。多重量子井戸層４は膜厚40nmのｉ
−Al 0.26Ga0.74Asから成る障壁層と膜厚５nmで不純物濃
度５×１０17cm-3のｎ−GaAsから成る井戸層を交互に20
周期程度積層したものであり、井戸層内の電子のエネル
ギー準位は局在化されてサブバンド構造を有している。
物濃度５×１０17cm-3のｎ−GaAsから成り各画素に対し
て共通に形成される。多重量子井戸層４は膜厚40nmのｉ
−Al 0.26Ga0.74Asから成る障壁層と膜厚５nmで不純物濃
度５×１０17cm-3のｎ−GaAsから成る井戸層を交互に20
周期程度積層したものであり、井戸層内の電子のエネル
ギー準位は局在化されてサブバンド構造を有している。
【０００４】上部コンタクト層５は膜厚50 nm 、不純物
濃度５×１０17cm-3のｎ−GaAsから成る。また、光結合
構造６は膜厚500nm 、不純物濃度５×１０17cm-3のｎ−
GaAsから成り、下部コンタクト層３側から垂直に入射し
た赤外線の方向を斜め方向に変換する機能を有するもの
である。
濃度５×１０17cm-3のｎ−GaAsから成る。また、光結合
構造６は膜厚500nm 、不純物濃度５×１０17cm-3のｎ−
GaAsから成り、下部コンタクト層３側から垂直に入射し
た赤外線の方向を斜め方向に変換する機能を有するもの
である。
【０００５】一般に、多重量子井戸層を利用した赤外線
イメージセンサは画素に対し垂直に入射する赤外線の吸
収効率が低い。そのため、全ての画素に光結合構造を設
けて垂直に入射した光の方向を斜め方向に変換し、これ
により赤外線の吸収効率を高くするようにしており、た
とえば、画素１の表面に凹凸部を設けて光結合構造６と
している。
イメージセンサは画素に対し垂直に入射する赤外線の吸
収効率が低い。そのため、全ての画素に光結合構造を設
けて垂直に入射した光の方向を斜め方向に変換し、これ
により赤外線の吸収効率を高くするようにしており、た
とえば、画素１の表面に凹凸部を設けて光結合構造６と
している。
【０００６】以上の構成を有する赤外線イメージセンサ
において、下部コンタクト層３と上部コンタクト層５の
間にそれぞれAu/Ge/Niから成るオーミック電極７、８を
介してバイアス電圧を印加し、この状態で下部コンタク
ト層３側から赤外線を入射させると、多重量子井戸層４
を構成する井戸層内の電子が赤外線を吸収して障壁層よ
り上の励起エネルギー準位まで励起され印加バイアスに
よって移動し外部へ信号電流として取り出される。
において、下部コンタクト層３と上部コンタクト層５の
間にそれぞれAu/Ge/Niから成るオーミック電極７、８を
介してバイアス電圧を印加し、この状態で下部コンタク
ト層３側から赤外線を入射させると、多重量子井戸層４
を構成する井戸層内の電子が赤外線を吸収して障壁層よ
り上の励起エネルギー準位まで励起され印加バイアスに
よって移動し外部へ信号電流として取り出される。
【０００７】しかしながら、上述した多重量子井戸型の
赤外線イメージセンサでは、井戸層内の電子が熱的に励
起されることによって生じる熱励起電流や井戸層内の電
子が障壁層を通過することによって生じるトンネル電流
が赤外線入射の有無にかかわらず存在し、赤外線が入射
したときこれらの暗電流が信号電流と重なって外部へ取
り出されＳ／Ｎ比を低下させる。
赤外線イメージセンサでは、井戸層内の電子が熱的に励
起されることによって生じる熱励起電流や井戸層内の電
子が障壁層を通過することによって生じるトンネル電流
が赤外線入射の有無にかかわらず存在し、赤外線が入射
したときこれらの暗電流が信号電流と重なって外部へ取
り出されＳ／Ｎ比を低下させる。
【０００８】赤外線イメージセンサの通常使用される温
度領域では暗電流成分として熱励起電流が支配的とな
る。そこで、実用上は、赤外線イメージセンサを冷却し
て画素内で発生する暗電流自体の低減を図り、さらに、
信号読出回路で画素の出力電流から暗電流を差し引く補
正処理を行うことによりＳ／Ｎ比に対する暗電流の影響
を低減するようにしている。このような補正処理に用い
られる暗電流の大きさはあらかじめ赤外線の入射がない
ときの画素の出力電流を測定することによって求められ
る。
度領域では暗電流成分として熱励起電流が支配的とな
る。そこで、実用上は、赤外線イメージセンサを冷却し
て画素内で発生する暗電流自体の低減を図り、さらに、
信号読出回路で画素の出力電流から暗電流を差し引く補
正処理を行うことによりＳ／Ｎ比に対する暗電流の影響
を低減するようにしている。このような補正処理に用い
られる暗電流の大きさはあらかじめ赤外線の入射がない
ときの画素の出力電流を測定することによって求められ
る。
【０００９】しかし、多重量子井戸層で発生する暗電流
は温度やバイアスに対する依存性が大きく動作環境のわ
ずかな変化によって大きく変動する。そのため暗電流を
正確に見積もることは難しく上述のような補正処理の精
度を高めることは困難である。また、赤外線イメージセ
ンサでは、多数の画素が列状あるいは面状に広がって配
置されるため、作成工程で画素特性に場所的バラツキが
生じることは避けられず、これによって画素ごとに暗電
流の大きさにバラツキが生じる。このような暗電流のバ
ラツキを考慮した補正処理は複雑となり補正処理の精度
低下は避けられない。
は温度やバイアスに対する依存性が大きく動作環境のわ
ずかな変化によって大きく変動する。そのため暗電流を
正確に見積もることは難しく上述のような補正処理の精
度を高めることは困難である。また、赤外線イメージセ
ンサでは、多数の画素が列状あるいは面状に広がって配
置されるため、作成工程で画素特性に場所的バラツキが
生じることは避けられず、これによって画素ごとに暗電
流の大きさにバラツキが生じる。このような暗電流のバ
ラツキを考慮した補正処理は複雑となり補正処理の精度
低下は避けられない。
【００１０】そこで、暗電流のみを発生するダミー用の
画素を通常の赤外線検出用の画素と混在させて配置し、
隣接するダミー用の画素と赤外線検出用の画素の電流の
差を信号読出回路で検出する方法が用いられている。
画素を通常の赤外線検出用の画素と混在させて配置し、
隣接するダミー用の画素と赤外線検出用の画素の電流の
差を信号読出回路で検出する方法が用いられている。
【００１１】図１１は赤外線検出用画素とダミー画素を
混在させて配置した赤外線イメージセンサの構成を示し
た断面図であり、図１０と同一のものには同一番号を付
してある。同図に見られるように、赤外線が入射する側
の下部コンタクト層３に遮光膜９を設けた画素をダミー
用の画素とし、赤外線検出用の画素とダミー用の画素を
隣接して配置しその出力電流の差を取り出すことにより
暗電流を相殺するものである。
混在させて配置した赤外線イメージセンサの構成を示し
た断面図であり、図１０と同一のものには同一番号を付
してある。同図に見られるように、赤外線が入射する側
の下部コンタクト層３に遮光膜９を設けた画素をダミー
用の画素とし、赤外線検出用の画素とダミー用の画素を
隣接して配置しその出力電流の差を取り出すことにより
暗電流を相殺するものである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上記構成によれば、暗
電流の動作環境による変動や場所的バラツキを自動的に
補正することが可能となる。しかし、遮光膜を形成する
ための工程が新たに必要となり、しかも、図１１に見ら
れるように、遮光膜９は下部コンタクト層３に対して画
素１が形成される面と反対側の面に形成される。そのた
め、遮光膜を形成する工程は画素の形成工程とは整合が
とれずこのような工程の追加は赤外線イメージセンサを
高コストにするという問題がある。
電流の動作環境による変動や場所的バラツキを自動的に
補正することが可能となる。しかし、遮光膜を形成する
ための工程が新たに必要となり、しかも、図１１に見ら
れるように、遮光膜９は下部コンタクト層３に対して画
素１が形成される面と反対側の面に形成される。そのた
め、遮光膜を形成する工程は画素の形成工程とは整合が
とれずこのような工程の追加は赤外線イメージセンサを
高コストにするという問題がある。
【００１３】そこで、本発明は、簡単な構成で暗電流の
高精度な補正が可能な赤外線イメージセンサを提供する
ことを目的とする。
高精度な補正が可能な赤外線イメージセンサを提供する
ことを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】図１は本発明に係る赤外
線イメージセンサの構成を模式的に示した断面図であ
る。同図を参照すると、上記課題の解決は、多重量子井
戸層内での電子のサブバンド間遷移を利用して赤外線の
強度を検出する複数の画素が列状あるいは面状に配置さ
れた赤外線イメージセンサにおいて、垂直に入射した赤
外線を斜め方向に変換する光結合構造６が形成されてい
る第１の画素１と、光結合構造６が形成されていない第
２の画素２が混在して配置され、第１の画素１と第２の
画素２に流れる電流の差を検出することを特徴とする赤
外線イメージセンサ。
線イメージセンサの構成を模式的に示した断面図であ
る。同図を参照すると、上記課題の解決は、多重量子井
戸層内での電子のサブバンド間遷移を利用して赤外線の
強度を検出する複数の画素が列状あるいは面状に配置さ
れた赤外線イメージセンサにおいて、垂直に入射した赤
外線を斜め方向に変換する光結合構造６が形成されてい
る第１の画素１と、光結合構造６が形成されていない第
２の画素２が混在して配置され、第１の画素１と第２の
画素２に流れる電流の差を検出することを特徴とする赤
外線イメージセンサ。
【００１５】あるいは、第１の画素１と第２の画素２は
下部コンタクト層３上で互いに分離して形成された多重
量子井戸層４及び上部コンタクト層５から成り、第１の
画素１の上部コンタクト層５上には光結合構造６が形成
され、第２の画素２の上部コンタクト層５上には光結合
構造６が形成されていないことを特徴とする上記赤外線
イメージセンサによって達成される。
下部コンタクト層３上で互いに分離して形成された多重
量子井戸層４及び上部コンタクト層５から成り、第１の
画素１の上部コンタクト層５上には光結合構造６が形成
され、第２の画素２の上部コンタクト層５上には光結合
構造６が形成されていないことを特徴とする上記赤外線
イメージセンサによって達成される。
【００１６】前述したように、多重量子井戸層内での電
子のサブバンド間遷移を利用して赤外線の強度を検出す
る画素は光結合構造の有無によって赤外線の吸収効率に
大きな相違があり、その結果、赤外線が入射したときに
画素に発生する信号電流の大きさは光結合構造の有無に
よって大きく異なる。一方、暗電流の大きさは光結合構
造の有無に依存しない。
子のサブバンド間遷移を利用して赤外線の強度を検出す
る画素は光結合構造の有無によって赤外線の吸収効率に
大きな相違があり、その結果、赤外線が入射したときに
画素に発生する信号電流の大きさは光結合構造の有無に
よって大きく異なる。一方、暗電流の大きさは光結合構
造の有無に依存しない。
【００１７】本発明では、光結合構造の有無に応じた第
１の画素と第２の画素の出力電流の差を検出するように
している。従って、暗電流は相殺される一方、光結合構
造の形成されている第１の画素の信号電流のみが検出さ
れることになる。また、第１の画素と第２の画素を混在
して配置しているので暗電流の動作環境による変動や場
所的バラツキをも高程度で補正することが可能となる。
１の画素と第２の画素の出力電流の差を検出するように
している。従って、暗電流は相殺される一方、光結合構
造の形成されている第１の画素の信号電流のみが検出さ
れることになる。また、第１の画素と第２の画素を混在
して配置しているので暗電流の動作環境による変動や場
所的バラツキをも高程度で補正することが可能となる。
【００１８】また、上述の赤外線イメージセンサにおい
て、光結合構造を形成するか否かを各画素の上部コンタ
クト層上に光結合構造を形成するためのマスクパターン
の変更のみで対応することができ、従来の作成工程を大
きく変更する必要がないため赤外線イメージセンサの低
コスト化を図ることができる。
て、光結合構造を形成するか否かを各画素の上部コンタ
クト層上に光結合構造を形成するためのマスクパターン
の変更のみで対応することができ、従来の作成工程を大
きく変更する必要がないため赤外線イメージセンサの低
コスト化を図ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】図２(a) 〜(d) は本発明に係る赤
外線イメージセンサの作成工程を説明する工程断面図で
ある。図２(a) はデバイス作成の出発物質となるエピタ
キシャルウェーハの断面図を示したものであり、10は半
絶縁性GaAs基板、11は膜厚1,000nm で不純物濃度５×１
０17cm-3のｎ−GaAsから成る下部コンタクト層、12は膜
厚40nmのｉ−Al0.24Ga0.76Asから成る障壁層と膜厚 5nm
で不純物濃度５×１０17cm-3のｎ−GaAsから成る井戸層
を交互に20周期程度積層した多重量子井戸層、13は膜厚
50nmで不純物濃度５×１０17cm-3のｎ−GaAsから成る上
部コンタクト層、14は膜厚500nm で不純物濃度５×１０
17cm-3のｎ−GaAsから成る光結合層である。上記各層は
いずれもMOCVD 法を用いて半絶縁性GaAs基板10上に順に
エピタキシャル成長させることによって得られる。
外線イメージセンサの作成工程を説明する工程断面図で
ある。図２(a) はデバイス作成の出発物質となるエピタ
キシャルウェーハの断面図を示したものであり、10は半
絶縁性GaAs基板、11は膜厚1,000nm で不純物濃度５×１
０17cm-3のｎ−GaAsから成る下部コンタクト層、12は膜
厚40nmのｉ−Al0.24Ga0.76Asから成る障壁層と膜厚 5nm
で不純物濃度５×１０17cm-3のｎ−GaAsから成る井戸層
を交互に20周期程度積層した多重量子井戸層、13は膜厚
50nmで不純物濃度５×１０17cm-3のｎ−GaAsから成る上
部コンタクト層、14は膜厚500nm で不純物濃度５×１０
17cm-3のｎ−GaAsから成る光結合層である。上記各層は
いずれもMOCVD 法を用いて半絶縁性GaAs基板10上に順に
エピタキシャル成長させることによって得られる。
【００２０】赤外線イメージセンサの作成に際しては、
エピタキシャルウェーハ上に形成された各エピタキシャ
ル層を選択的にエッチングするためのエッチング停止層
や各エピタキシャル層の特性劣化を防ぐためのバッファ
層が必要であり、従って、実際の作成工程では、半絶縁
性GaAs基板10上にこれらの層が各エピタキシャル層の間
に形成されたエピタキシャルウェーハが用いられるが、
簡単のため、図２ではこれらの層を省略している。
エピタキシャルウェーハ上に形成された各エピタキシャ
ル層を選択的にエッチングするためのエッチング停止層
や各エピタキシャル層の特性劣化を防ぐためのバッファ
層が必要であり、従って、実際の作成工程では、半絶縁
性GaAs基板10上にこれらの層が各エピタキシャル層の間
に形成されたエピタキシャルウェーハが用いられるが、
簡単のため、図２ではこれらの層を省略している。
【００２１】次に、上記エピタキシャルウェーハに対し
て、図２(b) に示すように、光結合層14をドライエッチ
ングすることにより凹凸部15を形成し、残りの光結合層
14を除去する。これによりエピタキシャルウェーハ上に
凹凸部15の形成の有無に応じた２種類の画素16、17が配
置される。凹凸部15の形成された画素16は通常の赤外線
検出用の画素として動作し、凹凸部15の形成されていな
い画素17は赤外線に対する感度の低いダミー用の画素と
して動作する。エピタキシャルウェーハ上における赤外
線検出用の画素とダミー用の画素の配置方法には、後述
するように様々なバリエーションがあるが、本実施例で
は簡単のため、図２(b) に示したように、赤外線検出用
の画素とダミー用の画素を各１個隣接して配置した例を
示している。
て、図２(b) に示すように、光結合層14をドライエッチ
ングすることにより凹凸部15を形成し、残りの光結合層
14を除去する。これによりエピタキシャルウェーハ上に
凹凸部15の形成の有無に応じた２種類の画素16、17が配
置される。凹凸部15の形成された画素16は通常の赤外線
検出用の画素として動作し、凹凸部15の形成されていな
い画素17は赤外線に対する感度の低いダミー用の画素と
して動作する。エピタキシャルウェーハ上における赤外
線検出用の画素とダミー用の画素の配置方法には、後述
するように様々なバリエーションがあるが、本実施例で
は簡単のため、図２(b) に示したように、赤外線検出用
の画素とダミー用の画素を各１個隣接して配置した例を
示している。
【００２２】なお、凹凸部15を形成する工程において、
光結合層14をエッチングする際、上部コンタクト層13の
表面でエッチングを停止させるため光結合層14と上部コ
ンタクト層13の間に、例えば、膜厚 5nmのｎ−AlGaAsか
ら成るエッチング停止層が必要であるが、前述のように
これらの処理についての説明は省略する。
光結合層14をエッチングする際、上部コンタクト層13の
表面でエッチングを停止させるため光結合層14と上部コ
ンタクト層13の間に、例えば、膜厚 5nmのｎ−AlGaAsか
ら成るエッチング停止層が必要であるが、前述のように
これらの処理についての説明は省略する。
【００２３】ついで、上部コンタクト層13及び多重量子
井戸層12をウェットエッチングして下部コンタクト層11
の表面を露出させ溝18を形成する。後の工程で溝18の斜
面に形成される引き出し配線の断線を防ぐため、溝18の
斜面はテーパー形状に加工される。
井戸層12をウェットエッチングして下部コンタクト層11
の表面を露出させ溝18を形成する。後の工程で溝18の斜
面に形成される引き出し配線の断線を防ぐため、溝18の
斜面はテーパー形状に加工される。
【００２４】次に、図２(c) に示したように、溝18の底
面に露出している下部コンタクト層11にAu/Ge/Niからな
るオーミック電極19をリフトオフ法により形成する。同
様にして、画素16、17の上部コンタクト層13に対しても
Au/Ge/Niからなるオーミック電極20をリフトオフ法によ
り形成する。そして、画素16、17の表面にAu/Ti から成
る反射膜21をリフトオフ法により形成する。反射膜21は
下部コンタクト層11側から入射した赤外線を反射させる
機能を有するものであり、多層量子井戸層12内における
電子の赤外線吸収効率をより向上させるために形成され
る。同図には、凹凸部15の形成されていない画素17の表
面にも反射膜21を形成しているが、これは省略すること
ができる。
面に露出している下部コンタクト層11にAu/Ge/Niからな
るオーミック電極19をリフトオフ法により形成する。同
様にして、画素16、17の上部コンタクト層13に対しても
Au/Ge/Niからなるオーミック電極20をリフトオフ法によ
り形成する。そして、画素16、17の表面にAu/Ti から成
る反射膜21をリフトオフ法により形成する。反射膜21は
下部コンタクト層11側から入射した赤外線を反射させる
機能を有するものであり、多層量子井戸層12内における
電子の赤外線吸収効率をより向上させるために形成され
る。同図には、凹凸部15の形成されていない画素17の表
面にも反射膜21を形成しているが、これは省略すること
ができる。
【００２５】また、反射膜21の形成工程と同じ工程で、
溝18の底面に設けたオーミック電極19から図示しない電
極端子までの引き出し配線22を形成する。そして、反射
膜21及び引き出し配線22上にはTi/Au を蒸着しリフトオ
フ法により図示しないバンプ下地電極を形成する。
溝18の底面に設けたオーミック電極19から図示しない電
極端子までの引き出し配線22を形成する。そして、反射
膜21及び引き出し配線22上にはTi/Au を蒸着しリフトオ
フ法により図示しないバンプ下地電極を形成する。
【００２６】ついで、図２(d) に示したように、上部コ
ンタクト層13及び多重量子井戸層12をドライエッチング
することにより画素16、17を分離するための画素分離溝
23を形成する。そして、反射膜21及び引き出し配線22上
のバンプ下地電極にInバンプ24、25を形成して電極端子
とする。最後に、半絶縁性GaAs基板10を研磨により除去
しチップに分割してバッケージに実装する。
ンタクト層13及び多重量子井戸層12をドライエッチング
することにより画素16、17を分離するための画素分離溝
23を形成する。そして、反射膜21及び引き出し配線22上
のバンプ下地電極にInバンプ24、25を形成して電極端子
とする。最後に、半絶縁性GaAs基板10を研磨により除去
しチップに分割してバッケージに実装する。
【００２７】以上の工程で作成された赤外線イメージセ
ンサに対して、赤外線が下部コンタクト層11側から入射
したとき、凹凸部15の形成された画素16では、垂直に入
射した赤外線が斜め方向に反射されて多重量子井戸層12
内で電子を励起して信号電流を発生させる。これに対
し、凹凸部15の形成されていない画素17では、垂直に入
射した赤外線が斜め方向に反射されることがないため多
重量子井戸層内の電子は励起されず信号電流が発生しな
い。
ンサに対して、赤外線が下部コンタクト層11側から入射
したとき、凹凸部15の形成された画素16では、垂直に入
射した赤外線が斜め方向に反射されて多重量子井戸層12
内で電子を励起して信号電流を発生させる。これに対
し、凹凸部15の形成されていない画素17では、垂直に入
射した赤外線が斜め方向に反射されることがないため多
重量子井戸層内の電子は励起されず信号電流が発生しな
い。
【００２８】図３は赤外線イメージセンサの画素配置を
示す平面図であり、マトリクス状に６×６画素を配置し
た例を示している。各画素は第１〜第６のライン番号及
びＡ〜Ｆの列記号によって区別され、奇数ラインに凹凸
部を有する通常の赤外線検出用の画素、偶数ラインに凹
凸部の形成されていないダミー用の画素が配置されてい
る。図中斜線で示した画素がダミー用の画素を表してい
る。
示す平面図であり、マトリクス状に６×６画素を配置し
た例を示している。各画素は第１〜第６のライン番号及
びＡ〜Ｆの列記号によって区別され、奇数ラインに凹凸
部を有する通常の赤外線検出用の画素、偶数ラインに凹
凸部の形成されていないダミー用の画素が配置されてい
る。図中斜線で示した画素がダミー用の画素を表してい
る。
【００２９】図４は図３に示した画素配置を持つ赤外線
イメージセンサの駆動回路を示すブロック図であり、図
３のＡ列に配置されている第１ラインから第６ラインま
での画素1A〜6Aに対する駆動方法を説明するものであ
る。同図において、60はセンサチップ、61、62はチップ
60上に形成されている電極端子、63はバイアス回路、64
は信号読出回路、65は信号読出回路64内に設けられた差
動増幅器である。
イメージセンサの駆動回路を示すブロック図であり、図
３のＡ列に配置されている第１ラインから第６ラインま
での画素1A〜6Aに対する駆動方法を説明するものであ
る。同図において、60はセンサチップ、61、62はチップ
60上に形成されている電極端子、63はバイアス回路、64
は信号読出回路、65は信号読出回路64内に設けられた差
動増幅器である。
【００３０】図４と図２(d) を対応させると、図４に示
した電極端子61、62はそれぞれ図２(d) に示したInバン
プ25、24を表しており、画素1A〜6Aの下部コンタクト層
11はオーミック電極19と引き出し配線22を介して電極端
子61へ共通に接続されバイアス回路63へ導かれる。ま
た、上部コンタクト層13は各画素ごとに電極端子62へ接
続され信号読出回路64へ導かれる。
した電極端子61、62はそれぞれ図２(d) に示したInバン
プ25、24を表しており、画素1A〜6Aの下部コンタクト層
11はオーミック電極19と引き出し配線22を介して電極端
子61へ共通に接続されバイアス回路63へ導かれる。ま
た、上部コンタクト層13は各画素ごとに電極端子62へ接
続され信号読出回路64へ導かれる。
【００３１】上記構成において、バイアス回路63からバ
イアスが印加されると、センサチップ60上の奇数ライン
に配置されている赤外線検出用の画素1A、3A、5Aの出力
電流はそれぞれ隣接した偶数ラインに配置されているダ
ミー用の画素2A、4A、6Aの出力電流と対になって信号読
出回路64内の差動増幅器65へ入力される。これによって
赤外線検出用の画素1A、3A、5Aの暗電流はダミー用の画
素2A、4A、6Aの暗電流と相殺され、赤外線検出用の画素
1A、3A、5Aの信号電流のみが差動増幅器65から出力され
ることになる。
イアスが印加されると、センサチップ60上の奇数ライン
に配置されている赤外線検出用の画素1A、3A、5Aの出力
電流はそれぞれ隣接した偶数ラインに配置されているダ
ミー用の画素2A、4A、6Aの出力電流と対になって信号読
出回路64内の差動増幅器65へ入力される。これによって
赤外線検出用の画素1A、3A、5Aの暗電流はダミー用の画
素2A、4A、6Aの暗電流と相殺され、赤外線検出用の画素
1A、3A、5Aの信号電流のみが差動増幅器65から出力され
ることになる。
【００３２】図３に示した画素配置を有する赤外線イメ
ージセンサは、赤外線検出用の画素の配置されているラ
インを順次走査方式で駆動する場合に用いられる。
ージセンサは、赤外線検出用の画素の配置されているラ
インを順次走査方式で駆動する場合に用いられる。
【００３３】図５は赤外線イメージセンサの他の画素配
置を示す平面図であり、凹凸部の形成されていないダミ
ー用の画素を第２ラインと第５ラインに配置した例を示
している。
置を示す平面図であり、凹凸部の形成されていないダミ
ー用の画素を第２ラインと第５ラインに配置した例を示
している。
【００３４】図６は図５に示した画素配置を有する赤外
線イメージセンサの駆動回路を示すブロック図であり、
図４と同一のものには同一番号を付してある。信号読出
回路64には、第２ラインと第５ラインに配置されたダミ
ー用の画素の電極端子62を隣接する左右の差動増幅器65
の間で切り換えるスイッチ66が設けられている。そし
て、スイッチ66の切換えによってダミー用の画素の出力
は左隣と右隣に配置されている赤外線検出用の画素の一
方と対になって差動増幅器65に入力される。即ち、スイ
ッチ66の切替えにより第１ライン、第４ラインの赤外線
検出用の画素と第３ライン、第６ラインの赤外線検出用
の画素が交互にダミー用の画素と対になって差動増幅器
へ入力されることになる。
線イメージセンサの駆動回路を示すブロック図であり、
図４と同一のものには同一番号を付してある。信号読出
回路64には、第２ラインと第５ラインに配置されたダミ
ー用の画素の電極端子62を隣接する左右の差動増幅器65
の間で切り換えるスイッチ66が設けられている。そし
て、スイッチ66の切換えによってダミー用の画素の出力
は左隣と右隣に配置されている赤外線検出用の画素の一
方と対になって差動増幅器65に入力される。即ち、スイ
ッチ66の切替えにより第１ライン、第４ラインの赤外線
検出用の画素と第３ライン、第６ラインの赤外線検出用
の画素が交互にダミー用の画素と対になって差動増幅器
へ入力されることになる。
【００３５】上記構成によれば、ダミー用の画素を両隣
りの赤外線検出用の画素で共用しているので、図３の画
素配置に比べてダミー用の画素数は半分となる。この構
成は１ラインおきに画素を駆動する飛越走査方式で駆動
する場合に用いられる。
りの赤外線検出用の画素で共用しているので、図３の画
素配置に比べてダミー用の画素数は半分となる。この構
成は１ラインおきに画素を駆動する飛越走査方式で駆動
する場合に用いられる。
【００３６】図７(a) 〜(c) 及び図８(a) 〜(c) は本発
明の他の実施例に係る赤外線イメージセンサの作成工程
を説明する工程断面図である。図７(a) はデバイス作成
の出発物質となるエピタキシャルウェーハの断面図を示
したものであり、30は半絶縁性GaAs基板、31、33は下部
コンタクト層、32は分離層、34は多重量子井戸層、35は
上部コンタクト層、36は光結合層である。上記エピタキ
シャルウェーハは、図２(a) に示したエピタキシャルウ
ェーハにおける下部コンタクト層11を２層構成にして下
部コンタクト層31、33を設けるとともにその間を分離す
る分離層32を設けた点でのみ異なっている。
明の他の実施例に係る赤外線イメージセンサの作成工程
を説明する工程断面図である。図７(a) はデバイス作成
の出発物質となるエピタキシャルウェーハの断面図を示
したものであり、30は半絶縁性GaAs基板、31、33は下部
コンタクト層、32は分離層、34は多重量子井戸層、35は
上部コンタクト層、36は光結合層である。上記エピタキ
シャルウェーハは、図２(a) に示したエピタキシャルウ
ェーハにおける下部コンタクト層11を２層構成にして下
部コンタクト層31、33を設けるとともにその間を分離す
る分離層32を設けた点でのみ異なっている。
【００３７】次に、上記エピタキシャルウェーハに対し
て、図７(b) に示すように、光結合層36をドライエッチ
ングすることにより凹凸部37を形成し、残りの光結合層
36を除去する。これによって凹凸部37の形成の有無に応
じた２種類の画素38、39をエピタキシャルウェーハ上に
配置する。図２で説明したように、凹凸部37の形成され
た画素38は通常の赤外線検出用の画素として動作し、凹
凸部37の形成されていない画素39は赤外線に対する感度
の低いダミー用の画素として動作する。
て、図７(b) に示すように、光結合層36をドライエッチ
ングすることにより凹凸部37を形成し、残りの光結合層
36を除去する。これによって凹凸部37の形成の有無に応
じた２種類の画素38、39をエピタキシャルウェーハ上に
配置する。図２で説明したように、凹凸部37の形成され
た画素38は通常の赤外線検出用の画素として動作し、凹
凸部37の形成されていない画素39は赤外線に対する感度
の低いダミー用の画素として動作する。
【００３８】なお、凹凸部37を形成する工程において光
結合層36をエッチングする際、上部コンタクト層35の表
面でエッチングを停止させるため光結合層36と上部コン
タクト層35の間にエッチング停止層を設ける必要があ
る、前述のようにこれらの処理についての説明は省略す
る。
結合層36をエッチングする際、上部コンタクト層35の表
面でエッチングを停止させるため光結合層36と上部コン
タクト層35の間にエッチング停止層を設ける必要があ
る、前述のようにこれらの処理についての説明は省略す
る。
【００３９】ついで、上部コンタクト層35、多重量子井
戸層34をウェットエッチングして溝40、41を形成し下部
コンタクト層33の表面を露出させる。さらに、一方の溝
41の底面の下部コンタクト層33と分離層32をウェットエ
ッチングして下部コンタクト層31の表面を露出させる。
戸層34をウェットエッチングして溝40、41を形成し下部
コンタクト層33の表面を露出させる。さらに、一方の溝
41の底面の下部コンタクト層33と分離層32をウェットエ
ッチングして下部コンタクト層31の表面を露出させる。
【００４０】次に、図７(c) に示したように、溝40の底
面に露出している下部コンタクト層33にAu/Ge/Niからな
るオーミック電極42をリフトオフ法により形成する。同
様にして、溝41の底面に露出している下部コンタクト層
31に対してAu/Ge/Niからなるオーミック電極43をリフト
オフ法により形成する。さらに、画素38、39の上部コン
タクト層35に対してもAu/Ge/Niからなるオーミック電極
44、45をリフトオフ法により形成する。そして、画素3
8、39の表面には、Au/Ti から成る反射膜46をリフトオ
フ法により形成する。
面に露出している下部コンタクト層33にAu/Ge/Niからな
るオーミック電極42をリフトオフ法により形成する。同
様にして、溝41の底面に露出している下部コンタクト層
31に対してAu/Ge/Niからなるオーミック電極43をリフト
オフ法により形成する。さらに、画素38、39の上部コン
タクト層35に対してもAu/Ge/Niからなるオーミック電極
44、45をリフトオフ法により形成する。そして、画素3
8、39の表面には、Au/Ti から成る反射膜46をリフトオ
フ法により形成する。
【００４１】また、反射膜46の形成と同工程で溝40、41
の底面に設けたオーミック電極42、43から図示しない電
極端子までの引き出し配線47を形成する。そして、反射
膜46及び引き出し配線47上にTi/Au を蒸着しリフトオフ
法により図示しないバンプ下地電極を形成する。
の底面に設けたオーミック電極42、43から図示しない電
極端子までの引き出し配線47を形成する。そして、反射
膜46及び引き出し配線47上にTi/Au を蒸着しリフトオフ
法により図示しないバンプ下地電極を形成する。
【００４２】ついで、図８(a) に示したように、上部コ
ンタクト層35、多重量子井戸層34を選択エッチングして
赤外線検出用の画素38を分離するための画素分離溝48、
49を形成する。そして、画素分離溝48、49の底面に酸素
イオンを注入することにより、この領域の下部コンタク
ト層33を絶縁層50、51に変換する。ついで、図８(b) に
示したように、一部の画素分離溝48の底面に対して選択
的にシリコンイオンの注入を行い、上記底面に形成され
ている絶縁層50及び画素分離層32の一部をｎ+ 化し導通
層52に変換する。
ンタクト層35、多重量子井戸層34を選択エッチングして
赤外線検出用の画素38を分離するための画素分離溝48、
49を形成する。そして、画素分離溝48、49の底面に酸素
イオンを注入することにより、この領域の下部コンタク
ト層33を絶縁層50、51に変換する。ついで、図８(b) に
示したように、一部の画素分離溝48の底面に対して選択
的にシリコンイオンの注入を行い、上記底面に形成され
ている絶縁層50及び画素分離層32の一部をｎ+ 化し導通
層52に変換する。
【００４３】上記工程により下部コンタクト層31、33は
それぞれ赤外線検出用の画素38とダミー用の画素39の下
部コンタクト層として機能することになる。
それぞれ赤外線検出用の画素38とダミー用の画素39の下
部コンタクト層として機能することになる。
【００４４】ついで、図８(c) に示したように、上部コ
ンタクト層35、多重量子井戸層34を選択エッチングして
ダミー用の画素39を分離するための画素分離溝53を形成
する。
ンタクト層35、多重量子井戸層34を選択エッチングして
ダミー用の画素39を分離するための画素分離溝53を形成
する。
【００４５】ついで、ポリイミド膜56を塗布して表面を
平坦化した後必要部位を穴開けしAu/Ti で埋め込んで導
通穴54を形成し、この上にバンプ下地電極55を形成す
る。隣接する赤外線検出用の画素38とダミー用の画素39
のバンプ下地電極55は共通に設けられる。そして、この
上に、同図に示したようにInバンプ57、58、59を形成し
て電極端子とする。
平坦化した後必要部位を穴開けしAu/Ti で埋め込んで導
通穴54を形成し、この上にバンプ下地電極55を形成す
る。隣接する赤外線検出用の画素38とダミー用の画素39
のバンプ下地電極55は共通に設けられる。そして、この
上に、同図に示したようにInバンプ57、58、59を形成し
て電極端子とする。
【００４６】上記工程によれば、赤外線検出用の画素38
は下部コンタクト層31で共通に接続されオーミック電極
43を介してInバンプ58へ接続されることになり、また、
ダミー用の画素39は下部コンタクト層33で共通に接続さ
れオーミック電極42を介してInバンプ59へ接続されるこ
とになる。そして、赤外線検出用の画素38とダミー用の
画素39の上部コンタクト層35はオーミック電極44、45を
介して共通のInバンプ57へ接続される。これによって電
極端子数は図２で説明した赤外線イメージセンサの構成
に比べて半分にすることができる。
は下部コンタクト層31で共通に接続されオーミック電極
43を介してInバンプ58へ接続されることになり、また、
ダミー用の画素39は下部コンタクト層33で共通に接続さ
れオーミック電極42を介してInバンプ59へ接続されるこ
とになる。そして、赤外線検出用の画素38とダミー用の
画素39の上部コンタクト層35はオーミック電極44、45を
介して共通のInバンプ57へ接続される。これによって電
極端子数は図２で説明した赤外線イメージセンサの構成
に比べて半分にすることができる。
【００４７】図９は上記工程によって作成された赤外線
イメージセンサの駆動方法を説明するブロック図であ
り、図４と同一のものには同一番号を付してある。同図
において、電極端子61-1、61-2、62はそれぞれ図８(c)
におけるInバンプ59、58、57を表している。即ち、赤外
線検出用の画素1A、3A、5Aは共通の下部コンタクト層31
を介して電極端子61-2へ接続され、ダミー用の画素2A、
4A、6Aは共通の下部コンタクト層33を介して電極端子61
-1へ接続され、バイアス回路63によってそれぞれ逆バイ
アスが印加される。また、赤外線検出用の画素1Aとダミ
ー用の画素2Aは共通の上部コンタクト層35を介して電極
端子62へ接続され信号読出回路64へ導かれる。
イメージセンサの駆動方法を説明するブロック図であ
り、図４と同一のものには同一番号を付してある。同図
において、電極端子61-1、61-2、62はそれぞれ図８(c)
におけるInバンプ59、58、57を表している。即ち、赤外
線検出用の画素1A、3A、5Aは共通の下部コンタクト層31
を介して電極端子61-2へ接続され、ダミー用の画素2A、
4A、6Aは共通の下部コンタクト層33を介して電極端子61
-1へ接続され、バイアス回路63によってそれぞれ逆バイ
アスが印加される。また、赤外線検出用の画素1Aとダミ
ー用の画素2Aは共通の上部コンタクト層35を介して電極
端子62へ接続され信号読出回路64へ導かれる。
【００４８】上記構成によれば、電極端子62から赤外線
検出用の画素とダミー用の画素を流れる電流の差が出力
されることになり、これによって図４で説明した構成に
比べて電極端子数が半分に低減されるとともに、信号読
出回路64には差動増幅器が不要となる。
検出用の画素とダミー用の画素を流れる電流の差が出力
されることになり、これによって図４で説明した構成に
比べて電極端子数が半分に低減されるとともに、信号読
出回路64には差動増幅器が不要となる。
【００４９】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば光結合構
造の形成の有無によって容易にダミー用の画素を得るこ
とができるので、従来の工程に大幅な変更を加えること
なくＳ／Ｎ比の高い赤外線イメージセンサを得ることが
できる。
造の形成の有無によって容易にダミー用の画素を得るこ
とができるので、従来の工程に大幅な変更を加えること
なくＳ／Ｎ比の高い赤外線イメージセンサを得ることが
できる。
【図１】 本発明に係る赤外線イメージセンサの構成を
示す断面図
示す断面図
【図２】 本発明の実施例を示す工程断面図
【図３】 赤外線イメージセンサの画素配置を示す平面
図（その１）
図（その１）
【図４】 赤外線イメージセンサの駆動回路を示すブロ
ック図（その１）
ック図（その１）
【図５】 赤外線イメージセンサの画素配置を示す平面
図（その２）
図（その２）
【図６】 赤外線イメージセンサの駆動回路を示すブロ
ック図（その２）
ック図（その２）
【図７】 本発明の他の実施例を示す工程断面図（その
１）
１）
【図８】 本発明の他の実施例を示す工程断面図（その
２）
２）
【図９】 赤外線イメージセンサの駆動回路を示すブロ
ック図（その３）
ック図（その３）
【図１０】 従来の赤外線イメージセンサの構成を示す
断面図（その１）
断面図（その１）
【図１１】 従来の赤外線イメージセンサの構成を示す
断面図（その２）
断面図（その２）
１、２、16、17、38、39 画素 ３、11、31、33 下部コンタクト層 ４、12、34 多重量子井戸層 ５、13、35 上部コンタクト層 ６ 光結合構造 ７、８、19、20、42、43、44、45 オーミック電極 ９ 遮光膜 10 半絶縁性GaAs基板 14、36 光結合層 21、46 反射膜 37 凹凸部
フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G065 AA04 AB02 BA02 BA03 BA05 BA06 BA33 BA34 BC02 BC16 CA12 DA01 DA20 4M118 AA06 AB01 BA04 CA15 CA40 CB01 CB02 CB14 FC17 GA02 GA10 5C024 AA06 CA10 CA14 CA31 GA06 GA52 HA18 5F049 MB07 NA05 NA08 NA18 NB03 NB05 PA04 PA14 QA16 QA20 RA02 SE05 SZ10 SZ16 SZ20 WA01
Claims (2)
- 【請求項１】 多重量子井戸層内での電子のサブバンド
間遷移を利用して赤外線の強度を検出する複数の画素が
列状あるいは面状に配置された赤外線イメージセンサに
おいて、 垂直に入射した赤外線を斜め方向に変換する光結合構造
が形成されている第１の画素と、該光結合構造が形成さ
れていない第２の画素が混在して配置され、該第１の画
素と該第２の画素に流れる電流の差を検出することを特
徴とする赤外線イメージセンサ。 - 【請求項２】 該第１の画素と該第２の画素は下部コン
タクト層上で互いに分離して形成された多重量子井戸層
及び上部コンタクト層から成り、該第１の画素の上部コ
ンタクト層には光結合構造が形成され、該第２の画素の
上部コンタクト層には光結合構造が形成されていないこ
とを特徴とする請求項１記載の赤外線イメージセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13162099A JP3669204B2 (ja) | 1999-05-12 | 1999-05-12 | 赤外線イメージセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13162099A JP3669204B2 (ja) | 1999-05-12 | 1999-05-12 | 赤外線イメージセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000323694A true JP2000323694A (ja) | 2000-11-24 |
| JP3669204B2 JP3669204B2 (ja) | 2005-07-06 |
Family
ID=15062323
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13162099A Expired - Fee Related JP3669204B2 (ja) | 1999-05-12 | 1999-05-12 | 赤外線イメージセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3669204B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002217447A (ja) * | 2001-01-16 | 2002-08-02 | Toshiba Corp | 半導体受光装置及び半導体受送信システム |
| JP2008153311A (ja) * | 2006-12-14 | 2008-07-03 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体受光素子、視界支援装置および生体医療装置 |
| JP2010185839A (ja) * | 2009-02-13 | 2010-08-26 | Seiko Instruments Inc | 赤外線センサ及び熱画像生成装置 |
| US9871147B2 (en) | 2015-11-18 | 2018-01-16 | Sharp Kabushiki Kaisha | Photodetector |
| WO2022003813A1 (ja) * | 2020-06-30 | 2022-01-06 | シャープ株式会社 | 電磁波センサ装置および表示装置 |
-
1999
- 1999-05-12 JP JP13162099A patent/JP3669204B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002217447A (ja) * | 2001-01-16 | 2002-08-02 | Toshiba Corp | 半導体受光装置及び半導体受送信システム |
| JP2008153311A (ja) * | 2006-12-14 | 2008-07-03 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体受光素子、視界支援装置および生体医療装置 |
| JP2010185839A (ja) * | 2009-02-13 | 2010-08-26 | Seiko Instruments Inc | 赤外線センサ及び熱画像生成装置 |
| US9871147B2 (en) | 2015-11-18 | 2018-01-16 | Sharp Kabushiki Kaisha | Photodetector |
| WO2022003813A1 (ja) * | 2020-06-30 | 2022-01-06 | シャープ株式会社 | 電磁波センサ装置および表示装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3669204B2 (ja) | 2005-07-06 |
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